Komunikacijski protokoli in omrežna varnost

1. Stvarni čas in komunikacije Komunikacijski protokoli in omrežna varnost

2. primeri rabe in zajem podatkov omrežni čas osnovni protokol za promet v stvarnem času protokol za upravljanje s tokom podatkov varna inačica protokola Vsebina

3. kaj je stvarni čas (realni čas, real-time) • (čas dospetja, čas začetka izvajanja, potreben čas za izvajanje, rok zaključka izvajanja) • sistemi strogo in mehko v stvarnem času (hard in softreal time) • izziv: ali običajni operacijski sistemi FreeBSD, Linux in MS Windows omogočajo delo v stvarnem času? Utemeljite odgovor. Primeri rabe

4. mi se ne bomo ukvarjali s takšno definicijo stvarnega časa • scenarij: • imamo stran A in stran B in med njima omrežje • na strani A se dogajajo različni dogodki, ki se zajemajo in o tem poroča strani B preko omrežja • opazovalec, ki opazuje dogodke na strani B, mora imeti čim bolj veren občutek opazovanja dogodkov • vsebino dogodkov lahko nekako prenesemo, težava je prenos učinka časa med dogodkoma Primeri rabe

5. Scenarij

6. Enosmerna komunikacija: • prikazovanje prosojnic, diapozitivov, ... • predvajanje zvoka (oddaljeni CD) in predvajanje filma (oddaljeni VCR) • združevanje slike in zvoka ob prenosu • predvajanje radijskega ali TV programa • Dvosmerna komunikacija: • pogovor preko spleta (VoIP) • video telefonija Primeri rabe

7. zvok je analogen pojav spreminjanja zračnega pritiska, ki ga zaznava (človeško) uho • preddigitalno: • analogni signal zvoka smo preko mikrofona spremenil v analogni električni signal • električni signal smo uporabili za proizvajanje zvoka preko zvočnika Zajem podatkov – zvok

8. digitalno: • še vedno zajamemo zvok, a le v diskretnih trenutkih – zajamemo odmik (amplitudo, jakost, energijo) • amplitudi pretvorimo v n-bitno številko • izziv: poiščite program audacity, ga namestite in v njem zajemite ter obdelajte zvok. Zajem podatkov – zvok

9. zvok seveda ni preprost sinusen pojav, ampak je linearna kombinacija večih sinusnih signalov: vsota ak sin(kω) digitalni zajem ne sme izgubiti (preveč) informacije o signalih Zajem podatkov – zvok

10. problem vzorčenja (Nyquist-ova frekvenca) • izziv: zakaj se vrtijo v filmih kolesa včasih nazaj, avto ali voz pa se premika naprej? • človeško uho zaznava frekvence približno od 20Hz do 22kHz • izziv: kakšna je frekvenca vzorčenja za wav datoteke? • človeško uho ne zazna določene kombinacije signalov • mp3 stiskanje • izziv: poiščite program z vmesnikom z ukazne vrstice za mp3 stiskanje za Unix in ga namestite? Zajem podatkov – zvok

11. problem digitalizacije ene slike in nato filma • digitalizacija slike: • vsaka točka na zaslonu ima svojo vrednost, ki je tri razsežnostni vektor • izziv: katere so lahko tri razsežnosti vektorja (več možnosti)? Kaj pomenijo? • izziv: preverite različne standarde kot so jpg, gif, pgn, bmp in jih komentirajte. Kako je s pretvorbo med njimi? • tako digitalizirana slika predstavlja primer ene amplitude pri zvoku • problem časovne digitalizacije je podoben / enak kot pri zvoku • človeško oko zazna neprekinjeno premikanje, če mu posredujemo vsaj med 23 do 25 slikic na sekundo • izziv: kakšne so standardne hitrosti vzorčenja? Jih je več in kje se uporabljajo? Zakaj so različne? • izziv: preverite različne standarde zapisov filma in jih komentirajte. Kako je s pretvorbo med njimi? Zajem podatkov – slika

12. včasih moramo uskladiti čas med večimi oddaljenimi sistemi problem zakasnitve prenosa podatka uporabimo lahko več sistemov hkrati Omrežni čas

13. definiran v RFC 5905, Network Time Protocol Version 4: Protocol and Algorithms Specification • obvezno: poiščite ga na spletu ter ga preberite – literatura! • izziv: poiščite še ostale RFC dokumente, ki se ukvarjajo z ntp ter preverite, kaj piše v njih. Poiščite opis Marzullovega algoritma. Protokol Ntp

14. na FreeBSD: ntpd • konfiguracija v /etc/ntp.conf • izziv: poiščitepriročnikterpoženiteodjemalca. Ročnopremaknitečas in opazujte, kaj se dogaja. • izziv: kakouporabljatintpna OS Windows? PrograMska oprema • server ntplocal.example.com prefer • server timeserver.example.org • server ntp2a.example.net • driftfile /var/db/ntp.drift • izziv: poiščitentpstrežnikevSloveniji?

15. možne rešitve: • A posname dogodke in časovne značke in pošlje datoteko B • A, ko posname dogodek, ga opremi s časovno značko in ga takoj pošlje B • nekaj vmes • osnovni vir težav je omrežje Prenos od A do B

16. naše omrežje je paketno • vsak paket lahko potuje po drugi poti • vsak paket lahko potuje različno dolgo • problem latence – ni tako velik pri enosmernem prometu • nekateri paketi se lahko izgube • dva problema: • kaj narediti z izgubljenimi paketi • povezavna prenosna plast ali aplikacija skrbi za izgubljeno • kaj narediti z neenakomerno prihajajočim paketi • nekateri paketi preprosto zamudijo Vpliv omrežja

17. dva problema: • kaj narediti z izgubljenimi paketi • kaj narediti z neenakomerno prihajajočim paketi • rešitev: • zamujene pakete obravnavati kot izgubljene • protokol naj poskrbi za časovno izravnavo • aplikacija naj poskrbi za izgubljene pakete Vpliv omrežja

18. definiran v RFC 3550, RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications • obvezno: poiščite ga na spletu ter ga preberite – literatura! • izziv: poiščite še ostale RFC dokumente, ki se ukvarjajo s tftp ter preverite, kaj piše v njih. • osnovne funkcionalnosti: • skrbi za pravo zaporedje paketov • skrbi za časovne značke dogodkov Protokol rtp

19. dodatne funkcionalnosti: • ena povezava lahko prenaša več podatkovnih tokov (virov dogodkov): zvok levi, zvok desni, ...; slika desnega očesa, slika levega očesa; podnapisi, ... • identifikator vira / seje in njegov sinhronizacijski vir • poseben element – mešalec (mixer), ki lahko združuje več sej v eno sejo • v združeni seji, komu v resnici pripada poslani paket Protokol rtp

20. rtp protokol je prenosni protokol, ki služi prenosu podatkov • ne vključuje ukazov za začetek povezave in vzdrževanje povezave • rtp protokol omogoča aplikacijam prenos posebnih podatkov (za predvajanje zvoka, filma, ...) – profil • za nadzor delovanja rtp protokola uporablja protokol rtcp (RTP Control Protocol) – isti RFC • rtp na prenosni plasti uporablja nepovezavni način – UDP protokol rtp – nekaj podrobnosti

21. 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | timestamp | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | synchronization source (SSRC) identifier | +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ | contributing source (CSRC) identifiers | | .... | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | defined by profile | length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | header extension | | .... | rtp – oblika paketa • Osnova: • V– verzija; 2 • P– zapolnitev (padding) • sequence number – številčenje paketov poslanih v toku • timestamp – časovna značka dogodka

22. 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | timestamp | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | synchronization source (SSRC) identifier | +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ | contributing source (CSRC) identifiers | | .... | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | defined by profile | length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | header extension | | .... | rtp – oblika paketa • dodatne funkcionalnosti: • SSRC – identifikator vira (Synchronization source) • CC– število mešanih virov • CSRC– identifikatorji mešanih virov (Contributing source)

23. 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | timestamp | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | synchronization source (SSRC) identifier | +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ | contributing source (CSRC) identifiers | | .... | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | defined by profile | length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | header extension | | .... | rtp – oblika paketa • višji protokol/aplikacija: • PT – identifikacija protokola • M– poseben bit za potrebe protokola • X – ali je prisotna razširitev glave • zadnji del je razširitev glave • izziv: poiščite RFCje za opis posameznih protokolov (vrst prometa), ki uporabljajo RTP in jih primerjajte (npr. zvok, film, besedilo!, ...)

24. primerjaj analogijo med IP in IPCP • opravlja štiri funkcije: • sporoča o kakovosti prenašanega prometa (RR: receiver report in SR: sender report • dodaten opis vira toka dogodkov (SDES: Source description items) • skrbi za pravilno gostoto pošiljanja sporočil o kakovosti prenosa • prenaša lahko še dodatne podatke za potrebe aplikacije (APP: Application-specific functions) Nadzorni protokol RTCP

25. za potrebe RTCP je uprabljena stalna pasovna širina • če je veliko sodelujočih strank (multicast), potem je gostota poročanja manjša • izziv: kakšne vse podatke lahko prenaša RTCP o viru dogodkov? Kaj je to CNAME? • izziv: kako izgleda poročilo o kakovosti prometa? Kakšne podatke vključuje? Nadzorni protokol RTCP

26. 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P| var | PT | length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | .... | • izziv: kakšna je vrednost var pri SR ukazu in kaj pomeni? • izziv: Peter Zmeda je med branjem spletnih strani opazil, da obstaja nekakšna povezava med besedami RTP, freebsd in mplayer? Kakšna? Namestite mplayer in preizkusite njegovo delovanje. rtCp – oblika paketa • V – verzija; 2 • P – zapolnitev (padding) • PT – ukaz: SR, RR, SDES, BYE, APP • var – različne vrednosti v odvisnosti od ukaza

27. RTP protokol uporablja UDP prenos, ki nima ssl plasti zato moramo varnost za RTP dograditi sami nekako izmenjamo ključe, toda paketi se izgubljajo drugačen način kriptiranja: kriptiranje s tokom šifer Varni RTP

28. začetna vrednost (IV) je poznana obema stranema obema stranema je poznan tudi ključ vsak paket se ločeno zakriptira + je preprosti xor ali kakšen podoben algoritem če se paket izgubi, samo v prazno zavrtimo E Kriptiranje s tokom šifer

29. definiran v RFC 3711, The Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) • obvezno: poiščite ga na spletu ter ga preberite – literatura! • izziv: poiščite še ostale RFC dokumente, ki se ukvarjajo s srtp ter preverite, kaj piše v njih. • zasnovan na RTP • varnost dodana z kriptiranjem s tokom šifer • izziv: kako si obe strani izmenjata ključe? • izziv: v RFC je omenjena HMAC funkcija (tudi RFC 2104); kako deluje in kako se uporablja? Kaj je to f8, ki je omenjena v standardu? Protokol SRTP

30. beleženje dogodkov v (oddaljenih) laboratorijih (gridcc) • IP telefonija – SIP • oddaljeni VCR ali VoD • uporablja protokol RTSP Uporabniki protokola RTP

31. definiran v RFC 2326, Real Time Streaming Protocol (RTSP) • obvezno: poiščite ga na spletu ter ga preberite – literatura! • izziv: poiščite še ostale RFC dokumente, ki se ukvarjajo s RTSP ter preverite, kaj piše v njih. • osnovni ukazi: nastavi (SETUP), igraj in/ali snemaj (PLAY, RECORD), počakaj (PAUSE) in zaključi (TEARDOWN) • še dodatni ukazi za nastavljanje in branje parametrov • primer uporabe na spletnih straneh: <a href=“rtsp://tainta.isp.ponudnik/Dolina_miru”>prelep slovenski film </a> • ,,sorodnik’’ protokola http: podobna struktura ukazov (MIME) • izziv: eno od polj, ki jih odjemalec nastavi v zahtevi strežniku je transport. Kako izgleda, kaj pomeni in čemu služi? • izziv: kje se vidi povezava med RTSP in RTP – na primer pri RTP smo imeli v glavi SSRC polje; ali obstaja tudi pri RTSP in če da, kje ter kako izgleda? Protokol RTSP

32. eden prvih odprtokodnih strežnikov je Darwin • kaj pa odjemalec? • izziv: poiščite strežnik in si ga namestite na vašem FreeBSD/Linux sistemu. Dodajte spletno stran za ponudbo filmov iz vaše filmoteke. PrograMska oprema

33. ogledali smo si, kaj to pravzaprav pomeni ,,stvarni čas’’ in kako nastavljamo čas na svojem računalniku kaj je to dogodek in kaj praktično pomeni prenos podatkov o dogodkih v stvarnem času spoznali smo RTP/RTCP protokol ter njegovo varno inačico SRTP ogledali smo si še uporabo RTP protokola za primer VoD, ki uporablja protokol RTSP Naslednjič: razpošiljanje (multicasting) Uh, kako pa aplikacija rokuje z izgubljenimi paketi (glej naloge prepuščene aplikaciji)? Zaključek